DE3915121A1 - NEW N-ALKYL GLYCAMINE COMPOUNDS AND A METHOD OF PREPARING THEM AND USE THEREOF - Google Patents
NEW N-ALKYL GLYCAMINE COMPOUNDS AND A METHOD OF PREPARING THEM AND USE THEREOFInfo
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Description
Die Erfindung betrifft neue N-Alkylglykaminoverbindungen, sowie ein Verfahren zur Herstellung und ihre Verwendung.The invention relates to novel N-alkylglykaminoverbindungen, as well as a Process for the preparation and its use.
Nachwachsende Rohstoffe sind wichtige Rohstoffe für den Waschmittel- und Körperpflegebereich. Neben den pflanzlichen Ölen und tierischen Fetten gewinnen Stärke und Monosaccharide zunehmend an Bedeutung. Die ersten Polyglycoside und Saccharidester werden bereits als umweltfreundliche Tenside auf dem Markt angeboten. Glykamine auf Monosaccharid-Basis stellen ebenfalls gute Ausgangsstoffe für waschaktive und körperpflegende Anwendungen dar. So werden z. B. tertiäre und quartäre Fettalkylglykammonium-Salze als kationaktive Reinigungsmittel erwähnt (US-PSS 20 60 850, 20 60 851). Entsprechende oxethylierte Verbindungen werden als schwachschäumende Spül- und Reinigungsmittel sowie als Haut- und Haarpflegemittel vorgeschlagen (FR-PS 15 73 085, DE-OS 22 00 040, JP 5 92 12 421). Ebenfalls bekannt sind nichtionische Detergentien auf Basis Fettsäure-N-alkylglykamiden, die besonders hautschonend sind und gleichzeitig verdickend wirken auf Shampoo- und Duschbad-Formulierungen (US-PS 27 03 798, DE-OS 37 11 776).Renewable resources are important raw materials for the detergent industry. and body care area. In addition to the vegetable oils and animal Fats are increasingly gaining strength and monosaccharides. The first polyglycosides and saccharide esters are already considered environmentally friendly Surfactants offered in the market. Monosaccharide-based glycamines also provide good starting materials for washing active and body care applications. B. tertiary and quaternary fatty alkylglycammonium salts as cationic detergents mentioned (US-PSS 20 60 850, 20 60 851). Corresponding ethoxylated Compounds are called low-foaming rinsing and cleaning agents and as a skin and hair care product proposed (FR-PS 15 73 085, DE-OS 22 00 040, JP 5 92 12 421). Also known are nonionic detergents based on fatty acid N-alkylglycamides, which are particularly kind to the skin and at the same time have a thickening effect on shampoo and shower formulations (US-PS 27 03 798, DE-OS 37 11 776).
Amphotere Tenside stellen eine Stoffklasse dar, die je nach Milieueinstellung (sauer, neutral oder alkalisch) sich wie anionische oder kationische Tenside verhalten, d. h. sie haben elektronegative und elektropositive Bausteine im gleichen Molekül vereinigt. Sie gewinnen zunehmend im Körperpflegebereich Bedeutung, da sie eine besonders gute Hautverträglichkeit und eine geringe Toxizität aufweisen und dabei in schwach saurem Medium als mildes Tensid gute Wirkung zeigen.Amphoteric surfactants represent a class of substances, depending on the environment setting (acidic, neutral or alkaline) itself as anionic or cationic surfactants, d. H. they have electronegative and electropositive building blocks in the same molecule combined. You win increasingly important in the personal care sector, as they are a special have good skin tolerance and low toxicity and show in mildly acidic medium as a mild surfactant good effect.
Im allgemeinen handelt es sich hierbei um N-substituierte Aminosäuren folgenden Typs (Formel I): In general, these are N-substituted amino acids of the following type (formula I):
in dem R₁ für eine längere Fettalkylkette und R₂ z. B. für einen kürzeren Alkylrest stehen. R₃ kann sowohl ein Proton oder einen Alkylrest darstellen. In ihrem Verhalten wird deutlich zwischen den Aminosäuren mit tetrasubstituiertem Stickstoff und denen mit trisubstituiertem Stickstoff unterschieden:in the R₁ for a longer fatty alkyl chain and R₂ z. For a shorter one Alkyl radical stand. R₃ can be both a proton or an alkyl radical represent. In their behavior becomes clear between the amino acids with tetrasubstituted nitrogen and those with trisubstituted Nitrogen differentiated:
Die tetrasubstituierten Aminosäuren werden auch Betaine (Formel II) genannt. Sie besitzen unabhängig vom pH des Milieus eine fixierte positive Ladung. Im Neutral- und Alkalibereich bleibt der isoelektrische, zwitterionische Charakter erhalten; im sauren Bereich verhält sich das Betain wie ein kationisches Tensid.The tetrasubstituted amino acids are also betaines (formula II) called. They have a fixed one regardless of the pH of the environment positive charge. In the neutral and alkali region, the isoelectric, obtained zwitterionic character; behaves in the acidic range Betaine acts like a cationic surfactant.
Die trisubstituierten Aminosäuren (Formel III) dagegen stellen echte Ampholyte dar.The trisubstituted amino acids (formula III), however, represent real Ampholytes
Im Neutralbereich bilden sie innere Salze; im sauren Medium gehen sie in Kationen, im alkalischen Bereich in Anionen über.In the neutral region, they form internal salts; in the acidic medium they go in cations, in the alkaline range in anions.
Ein Nachteil für die bekannten N-trisubstituierten Amphotenside ist, daß sie im gewünschten pH-Bereich, nämlich schwach sauer bis neutral, bei der Anwendung im Körperpflegebereich, wie Haar- und Duschshampoos, ein Minimum in der Löslichkeit, des Schaumvermögens und des Benetzungsvermögens aufweisen [Tenside Detergents 23 (1986) 309].A disadvantage of the known N-trisubstituted amphoteric surfactants is that they are in the desired pH range, namely slightly acidic to neutral, when used in the personal care sector, such as hair and shower shampoos, a minimum in solubility, foaming power and wetting power [Surfactants Detergents 23 (1986) 309].
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, verbesserte N-trisubstituierte Amphotenside auf Basis von Monosacchariden als nachwachsende Rohstoffe aufzufinden, die zudem die vorgenannten Nachteile nicht aufweisen.The invention is therefore based on the object, improved N-trisubstituted Amphoteric surfactants based on monosaccharides find as renewable raw materials, which also the aforementioned disadvantages do not have.
Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß durch die Glykaminoessigsäure/acetate der Formel IV gelöst. This object has been achieved by the glycaminoacetic acid / acetate solved the formula IV.
Der Gegenstand der Erfindung sind daher N-Alkylglykaminoverbindungen der allgemeinen Formel IVThe subject of the invention are therefore N-alkylglycamino compounds the general formula IV
in der n 4-24, undin the n 4-24, and
X Na, K oder H bedeuten.X is Na, K or H
N-Alkyl-N-(desoxyhexityl)-essigsäure-Salze entsprechen der allgemeinen Formel IVN-alkyl-N- (deoxyhexityl) -acetic acid salts are the general ones Formula IV
in der n gleich 4-24, bevorzugt 8-14, sein kann und R vorzugsweise für einen Desoxyhexityl-Rest steht, wie z. B. 1-Desoxy-l-glucityl-, 2-Desoxy-2-glucityl-, 3-Desoxy-3-glucityl-, 1-Desoxy-1-mannityl-, 2-Desoxy-2-mannityl-, 3-Desoxy-3-mannityl-, 1-Desoxy-1-dulcityl-, 2-Desoxy-2-dulcityl-, 3-Desoxy-3-dulcityl-, 1-Desoxy-1-allityl-, 2-De soxy-2-allityl-, 3-Desoxy-3-allityl-, 1-Desoxy-1-altrityl-, 2-Desoxy- 2-altrityl-, 3-Desoxy-3-altrityl-, 1-Desoxy-1-talityl-, 2-Desoxy-2-tality- oder 3-Desoxy-3-talityl-; vorzugsweise steht R für einen 1-Desoxy-1-glucityl-Rest, sowie X bevorzugt für Na.in which n is 4-24, preferably 8-14, and R is preferably a deoxyhexityl radical, such as. 1-deoxy-1-glucityl, 2-deoxy-2-glucityl, 3-deoxy-3-glucityl, 1-deoxy-1-mannityl, 2-deoxy-2-mannityl, 3-deoxy 3-mannityl, 1-deoxy-1-dulcityl, 2-deoxy-2-dulcityl, 3-deoxy-3-dulcityl, 1-deoxy-1-allityl, 2-deoxy-2-allityl -, 3-deoxy-3-allityl, 1-deoxy-1-altrityl, 2-deoxy-2-altrityl, 3-deoxy-3-altrityl, 1-deoxy-1-talityl, 2-deoxy -2-tality or 3-deoxy-3-talityl; preferably R is a 1-deoxy-1-glucityl radical, and X is preferably Na.
Es wurde nun überraschend gefunden, daß diese erfindungsgemäßen trisubstituierten, amphoteren Verbindungen der Formel IV hervorragende tensidische Eigenschaften aufweisen. Sie sind im Vergleich zu trisubtituierten, amphoteren Tensiden der Formel III gut wasserlöslich. Außerdem zeigen die erfindungsgemäßen trisubstituierten Amphotenside eine gute Hautverträglichkeit. Dabei zeigt insbesondere das C₁₂-Alkylglucaminoacetat herausragende Eigenschaften: im gesamten pH-Bereich von 2 bis 12 tritt keine Opalescenz auf, sondern es ist klar löslich.It has now surprisingly been found that these trisubstituted, amphoteric compounds of formula IV excellent have surfactant properties. They are tris-substituted, amphoteric surfactants of formula III readily soluble in water. In addition, the trisubstituted amphoteric surfactants of the invention a good skin compatibility. It shows in particular the C₁₂-alkylglucaminoacetate outstanding properties: in the entire pH range From 2 to 12 no opalescence occurs, but it is clear soluble.
Die Herstellung von chemischen Verbindungen der Formel IV erfolgt durch Carboxymethylierung von N-Alkylglykaminen, wie z. B. N-Alkyl-1-Amino-1-desoxyhexitylen, nach allgemein bekanntem Verfahren je nach Löslichkeit des Amins in Wasser oder Butanol als Lösemittel. Bei Einhaltung des pH-Bereiches von 8-9 durch kontinuierliche Zugabe von Alkali und Einhaltung einer Reaktionstemperatur von kleiner 80°C wird so eine selektive N-Carboxymethylierung erreicht, ohne daß die OH-Gruppen des Hexityl-Restes reagieren.The preparation of chemical compounds of the formula IV takes place by carboxymethylation of N-alkylglycamines, such as. N-alkyl-1-amino-1-deoxyhexitylene, according to well-known method depending on Solubility of the amine in water or butanol as solvent. In compliance the pH range of 8-9 by continuous addition of Alkali and maintaining a reaction temperature of less than 80 ° C. Thus, a selective N-carboxymethylation is achieved without the OH groups of the hexityl radical react.
Die N-Alkylglykamine selbst werden nach allgemein bekanntem Verfahren der reduktiven Aminierung von Monosacchariden (US-PSS 19 94 467, 20 16 962), insbesondere Hexosen mit Alkylaminen wie z. B. Butylamin, Octylamin, Laurylamin, Myristylamin, Stearylamin oder Kokosfettamin hergestellt, wobei als Beispiele der Monosaccharide zu nennen sind: Glucose, Galaktose, Mannose, Fructose, Allose, Altrose, Talose sowie Glucose-Sirup.The N-alkylglycamines themselves are prepared by well-known methods the reductive amination of monosaccharides (US-PSS 19 94 467, 20 16 962), in particular hexoses with alkylamines such. Butylamine, Octylamine, laurylamine, myristylamine, stearylamine or coconut fatty amine prepared as examples of the monosaccharides are: Glucose, galactose, mannose, fructose, allose, altrose, talose as well Glucose syrup.
Die Erfindung soll durch folgende Beispiele erläutert werden. The invention will be illustrated by the following examples.
19,4 g (0,205 mol) Chloressigsäure werden in 106,2 g (5,9 mol) Wasser gelöst und 58,6 g (0,2 mol) Octylglucamin portionsweise unter Rühren hinzugegeben. Gleichzeitig wird die Temperatur auf 60°C erhöht. Nach vollständiger Auflösung des Octylglucamins werden 102,4 g (88 ml, 0,409 mol) einer 16%igen Natronlauge bei einem pH-Wert zwischen 8 und 9 zugetropft. Gegen Ende der Reaktion wird die Temperatur auf 65°C erhöht. Nach Beendigung der Natronlaugezugabe läßt man 1 h bei 70°C nachreagieren. In der Kälte fällt das nichtumgesetzte Octylglucamin (6,5 g, Fp: 121-123°C, Basenzahl: 183,6 mg KOH/g) aus und wird abfiltriert. Das Filtrat wird anschließend zum Trocknen eingeengt.19.4 g (0.205 mol) of chloroacetic acid are dissolved in 106.2 g (5.9 mol) of water dissolved and 58.6 g (0.2 mol) of octylglucamine in portions with stirring added. At the same time the temperature is raised to 60 ° C. To complete dissolution of octylglucamine, 102.4 g (88 ml, 0.409 mol) of a 16% sodium hydroxide solution at a pH between 8 and 9 added dropwise. Towards the end of the reaction the temperature rises to 65 ° C elevated. After completion of the sodium hydroxide addition is allowed for 1 h at 70 ° C. afterreact. In the cold, the unreacted octylglucamine falls (6.5 g, m.p .: 121-123 ° C, base number: 183.6 mg KOH / g) and becomes filtered off. The filtrate is then concentrated to dryness.
19,4 g (0,205 mol) Chloressigsäure werden in 192,6 g (2,6 mol) n-Butanol gelöst und 64,2 g (0,2 mol) Decylglucamin portionsweise unter Rühren hinzugegeben. Dabei wird die Temperatur auf 60°C erhöht. Nach vollständiger Auflösung des Decylglucamins werden 102,4 g (88 ml, 0,409 mol) einer 15%igen Natronlauge bei einem pH-Wert zwischen 8 und 9 zugetropft. Gegen Ende der Reaktion wird die Temperatur auf 65°C erhöht. Nach Beendigung der Natronlaugezugabe läßt man 1 h bei 70°C nachreagieren. Anschließend wird das Wasser unter kontinuierlicher n-Butanolzugabe azeotrop abdestilliert. Dabei tritt eine Fällung von NaCl auf. Diese wird heiß abfiltriert. Aus diesem Filtrat tritt in der Kälte ein weißer Niederschlag auf.19.4 g (0.205 mol) of chloroacetic acid are dissolved in 192.6 g (2.6 mol) of n-butanol dissolved and 64.2 g (0.2 mol) of decylglucamine in portions below Stirring added. The temperature is raised to 60 ° C. To complete dissolution of the decylglucamine, 102.4 g (88 ml, 0.409 mol) of a 15% sodium hydroxide solution at a pH between 8 and 9 added dropwise. Towards the end of the reaction the temperature rises to 65 ° C elevated. After completion of the sodium hydroxide addition is allowed for 1 h at 70 ° C. afterreact. Subsequently, the water is under continuous distilled off n-butanol addition azeotropically. This occurs a precipitation of NaCl on. This is filtered off hot. For this filtrate occurs in the cold a white precipitate.
Der abgetrennte Niederschlag wird im Verhältnis 1 : 3 heiß in Wasser gelöst und anschließend gekühlt. Dabei fällt das nicht umgesetzte Decylglucamin (2,5 g, Fp.: 122-123°C, Basenzahl: 170 mg KOH/g) aus und wird abfiltriert. Das Filtrat wird zur Trockene eingeengt.The separated precipitate becomes hot in water at a ratio of 1: 3 dissolved and then cooled. In this case, the unreacted decylglucamine falls (2.5 g, mp.: 122-123 ° C, base number: 170 mg KOH / g) and is filtered off. The filtrate is concentrated to dryness.
Analog Beispiel 2 wird Chloressigsäure mit Dodecylglucamin umgesetzt.As in Example 2, chloroacetic acid is reacted with dodecylglucamine.
Analog Beispiel 2 wird Chloressigsäure mit Tetradecylglucamin umgesetzt.As in Example 2, chloroacetic acid is reacted with tetradecylglucamine.
Analog Beispiel 2 wird Chloressigsäure mit Octadecylglucamin umgesetzt.As in Example 2, chloroacetic acid is reacted with octadecylglucamine.
Es wurden die nach den Herstellungsbeispielen synthetisierten Alkylglucaminoacetate mit n = 8, 10, 12, 14, 16 und 18 als 1%ige wäßrige Lösungen nach Einstellung auf pH 5,6 vermessen.The alkylglucaminoacetates synthesized according to the preparation examples were measured with n = 8, 10, 12, 14, 16 and 18 as 1% strength aqueous solutions after adjustment to pH 5.6.
Abb. 1 zeigt die Ergebnisse der Messung der Grenzflächenspannung und der Oberflächenspannung (unterer Teil der Abbildung) sowie der kritischen Micellbildungskonzentration mittels Landa-Tensiometer (oberer Teil der Abbildung), gemessen gegen Luft bzw. Paraffin nach der Ringmethode du Noüy. Fig. 1 shows the results of the measurement of the interfacial tension and the surface tension (lower part of the figure) as well as the critical micelle concentration using the Landa tensiometer (upper part of the figure) measured against air or paraffin according to the Noüy ring method.
In ihren tensidischen Eigenschaften zeigen die Glucaminoacetate in bezug auf die Erniedrigung der Ober- und der Grenzflächenspannung klassisches Verhalten.In their surfactant properties, the glucaminoacetates in relating to the lowering of the surface and interfacial tension classic behavior.
Zum Vergleich wurden die Ober- und Grenzflächenspannung sowie die kritische Micellbildungskonzentration des Carboxymethyldimethylcocosfettammoniumbetains (R-N⁺(CH₃)₂-CH₂COO- mit R=C₁₂-C₁₄), einem marktgängigen Betain, ermittelt (siehe Tabelle 1). For comparison, the surface and interfacial tension and the critical micelle concentration of Carboxymethyldimethylcocosfettammoniumbetains (RN⁺ (CH₃) ₂-CH₂COO - with R = C₁₂-C₁₄), a marketable betaine, determined (see Table 1).
Die in dem Beispiel 6 verwendeten Alkylglucaminoacetate wurden als 0,1%ige wäßrige Lösung bei den pH-Einstellungen 9,9±0,3; 7,00 und 5,60 nach DIN 53 902 vermessen. Bei pH 7,00 und 5,60 zeigen die C₁₆- und C₁₈-Glucaminoessigsäuren keine ausreichende Löslichkeit. Die Ergebnisse sind in den Abbildungen 2a (für pH 9,9±0,3), 2b (für pH 7,00) und 2c (für pH 5,60) dargestellt. Die durchgezogene Kurve bedeutet jeweils die Werte nach 30 Sekunden und die gestrichelte Kurve die Werte nach 300 Sekunden.The alkylglucaminoacetates used in Example 6 were used as 0.1% aqueous solution at the pH settings 9.9 ± 0.3; 7.00 and 5.60 measured according to DIN 53 902. At pH 7.00 and 5.60, the C₁₆- and C₁₈-glucaminoacetic acids insufficient solubility. The results are shown in Figures 2a (for pH 9.9 ± 0.3), 2b (for pH 7.00) and 2c (for pH 5.60). The solid curve means the values after 30 seconds and the dashed curve the values after 300 seconds.
Das maximale Schaumvermögen wurde mit dem Dodecylglucaminoacetat erreicht. Die erzielten Werte (Ablesung nach 30 s/300 s) von 580 ml/560 ml sind vergleichbar mit denen des kommerziellen Aniontensids (MARLON® A: Alkylbenzolsulfonat) von 590 ml/570 ml und liegen deutlich höher als die des Ethersulfat (MARLINAT® 242: C12-14 mit 2,2-EO) mit 540 ml/540 ml und des Carboxymethyldimethylcocosfettammoniumbetains mit 510 ml/500 ml. The maximum foaming power was achieved with the dodecylglucaminoacetate. The values achieved (reading after 30 s / 300 s) of 580 ml / 560 ml are comparable to those of the commercial anionic surfactant (MARLON® A: alkylbenzenesulfonate) of 590 ml / 570 ml and are significantly higher than those of ether sulfate (MARLINAT® 242 : C 12-14 with 2,2-EO) at 540 ml / 540 ml and the carboxymethyl dimethyl coconut fatty ammonium betaine at 510 ml / 500 ml.
Eine pH-Wert-Abhängigkeit läßt sich trotz des ampholytischen Charakters der Alkylglucaminoverbindungen nicht beobachten.A pH dependence can be despite the ampholytic character do not observe the alkylglucamino compounds.
Durch Abmischen der Alkylglucaminoverbindungen mit dem Tensid MARLINAT® 242 wird das Schaumvermögen der kurzkettigen Alkylglucaminoessigsäuren deutlich gesteigert. Das Maximum wird ebenfalls mit dem Dodecylglukaminoacetat erreicht (siehe Abb. 3: gemessen bei pH 5,60, Werte nach 30 Sekunden, Werte nach 300 Sekunden).By blending the alkylglucamino compounds with the surfactant MARLINAT® 242, the foaming power of the short-chain alkylglucaminoacetic acids is significantly increased. The maximum is also reached with the dodecylglucaminoacetate (see Fig. 3: measured at pH 5.60, values after 30 seconds, values after 300 seconds).
Der Einsatz eines Tensides in Shampoos setzt eine gute Benetzung des Haares voraus. Zur Beurteilung der Benetzung wurde der Randwinkel zwischen einem zum Teil eingetauchten Haar und der Oberfläche der Tensidlösung herangezogen [Colloids and Surfaces 6 (1983) 49-61].The use of a surfactant in shampoos requires a good wetting of the Hair ahead. To assess the wetting was the contact angle between a partially dipped hair and the surface of the Tenside solution used [Colloids and Surfaces 6 (1983) 49-61].
Das Dodecylglucaminoessigsäure-Na-Salz zeigt als 0,1%ige Tensidlösung bei pH 6, bezogen auf Wasser, eine Randwinkelerniedrigung von 53,8%.The dodecylglucaminoacetic acid Na salt shows as 0.1% surfactant solution at pH 6, based on water, a Randwinkelerniedrigung of 53.8%.
Die Hautverträglichkeit wurde durch den Zein-Test nach Götte (CID Brüssel 1984, 83-90) ermittelt. Abb. 4 zeigt die Ergebnisse für die Alkylglucaminoessigsäure-Na-Salze der Beispiele 1 bis 4 in 1%iger wäßriger Lösung bei pH 5,6.The skin compatibility was determined by the zein test according to Götte (CID Brussels 1984, 83-90). Fig. 4 shows the results for the Alkylglucaminoessigsäure Na salts of Examples 1 to 4 in 1% aqueous solution at pH 5.6.
Die ermittelten Zein-Zahlen lassen auf eine sehr gute Hautverträglichkeit schließen. Sie liegen deutlich unter dem Wert des kommerziellen Aniontensids MARLON® A von 510 mg N/100 ml und sind vergleichbar mit denen der Betaine, mit denen Zein-Zahlen um 50 mg N/100 ml erreicht werden.The determined zein numbers indicate a very good skin compatibility shut down. They are well below the value of the commercial one Anionic surfactants MARLON® A of 510 mg N / 100 ml and are comparable with those of betaines that use zein numbers by 50 mg N / 100 ml be achieved.
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